Molekularstrahlepitaxie von Eisensilizidschichten aus gasförmigen Quellen auf Si(100) und Si(111)

Rösen, B.

Book/Report

FZJ-2019-00497

Molekularstrahlepitaxie von Eisensilizidschichten aus gasförmigen Quellen auf Si(100) und Si(111)

Rösen, B. (Corresponding author)FZJ*

1995
Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag Jülich

Jülich : Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag, Berichte des Forschungszentrums Jülich 3037, 126 p. (1995)

Please use a persistent id in citations: http://hdl.handle.net/2128/21287

Report No.: Juel-3037

Abstract: Im Rahmen dieser Arbeit wurden Eisensilizid/Silizium-Heterostrukturen mit Hilfe der Gasquellen-Molekularstrahlepitaxie (GSMBE) im Ultrahochvakuum (UHV) aufSi(100) und Si(111) hergestellt und charakterisiert. Das Hauptaugenmerk lag hierbei auf der Herstellung des halbleitenden $\beta$-FeSi$_{2}$. Als Prozeßgase kamen Silan (SiH$_{4}$) bzw. Disilan (Si$_{2}$H$_{6}$) und Eisenpentacarbonyl (Fe(CO)$_{5}$) zum Einsatz. Die Charakterisierung der Schichten erfolgte in-situ mit der Photoemissionsspektroskopie (XPS, UPS), der Beugung langsamer Elektronen (LEED), der Augerelektronenspektroskopie (AES) und der hochauflösenden Elektronenenergieverlustspektroskopie (HREELS). Darüber hinaus wurden verschiedene ex-situ Analysemethoden wie die Rutherford-Rückstreuung (RBS), die Rasterelektronenmikroskopie (SEM), die Transmissionselektronenmikroskopie (TEM, HRTEM), die Photothermische Deflektionsspektroskopie(PDS) und Hall-Messung eingesetzt. $\beta$-FeSi$_{2}$ konnte durch die GSMBE mit SiH$_{4}$ und Fe(CO)$_{4}$ als Prozeßgase in einem großen Temperaturbereich von 400-800°C bei verschiedenen Druckverhältnissen abgeschieden werden. Es zeigt sich insbesondere, daß man glatte, epitaktischeSchichten mit einer sehr hohen Qualität bei Temperaturen von 500-600°C erhalt. Das für dieses Wachstum optimale Druckverhältnis liegt dabei zwischen 1:2 und2:5 (Fe(CO)$_{5}$ zu SiH$_{4}$). Die Wachstumsraten sind im Vergleich zu Standard MBE- oder CVD-Verfahren sehr niedrig und betragen mit steigender Temperatur zwischen 2$\mathring{A}$/min und 8$\mathring{A}$/min. Auf Si(100) ist die Wachstumsrate bei gleicher Substrattemperatur immer etwas größer als auf Si(111). Auf beiden Substratorientierungen beobachtet man eine konstante, temperaturunabhängige Wachstumsrate im Bereich zwischen 450°C und 600°C. Bei höheren Temperaturen steigt die Rate thermisch aktiviert an. Der Anstieg kann auf die vollständige Desorption einer Wasserstoff-Passivierungsschichtzurückgeführt werden. Bei Temperaturen unterhalb von 600°C desorbiert der Wasserstoff nur zum Teil und hat bei der Epitaxie einen limitierenden Einfluß auf die Abscheiderate. Die epitaktische Orientierung des $\beta$-FeSi$_{2}$ auf dem Si-Substrat ist von der Wachstumstemperatur abhängig. Bei niedrigen Temperaturen (T< 600°C) erhält man auf Si(111) die Beziehung: $\beta$-FeSi$_{2}$(100)$\vert \vert$Si(111). Bei höherenTemperaturen ergibt sich die Beziehung: $\beta$-FeSi$_{2}$(101) bzw. $\beta$-FeSi$_{2}$(110)$\vert \vert$ Si(111). Auf den Si(100)-Substraten beobachtet man im ganzen Temperaturbereich dieOrientierung: $\beta$-FeSi$_{2}$(100)$\vert \vert$ Si(100). Bezüglich der azimutalen Ausrichtung gibt es jedoch temperaturabhängige Unterschiede. Bei höheren Temperaturen tritt [...]

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